D'un point de vue radiographique et structurel, il n'y a pas de différence entre un os vivant et un os mort. Cependant, comme l'os mort n'est pas irrigué, il ne se renouvelle pas et s'effondre sous l'effet d'un stress répété.
Les changements se produisent en quatre étapes simultanées
Stade I : la nécrose de la moelle et la mort cellulaire surviennent dans les 24 heures suivant l'infarctus. Toutefois, l'aspect macroscopique peut rester inchangé pendant des semaines, voire des mois.
Stade II : après quelques jours ou semaines, l'os vivant entourant la zone d'os mort présente une réaction vasculaire et de l'os nouveau est déposé sur les travées de l'os mort. Une augmentation de la densité osseuse est visible à la radiographie. L'os nouvellement déposé l'a été sur une structure fragile et, malgré l'augmentation de la masse osseuse, de petites fractures commencent à apparaître sur le site de l'ostéonécrose.
Stade III : la dégénérescence de l'architecture osseuse s'accentue et le contour de l'os se déforme.
Stade IV : la destruction articulaire se produit à la suite d'une grave déformation de la surface osseuse.
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